响应面与强度折减有限元耦合的方法研究边坡可靠度

用响应面法分析复杂结构的可靠性问题时,在不降低计算结果精度的前提下,通过对传统响应面法的样本点选取进行改进,以减少在迭代求解近似响应面过程中所需样本点的个数,达到减少结构分析次数的目的.在此基础上将响应面与强度折减有限元耦合,借用响应面(RSM)思想重构边坡稳定极限状态方程,进行边坡稳定可靠度分析.算例分析表明:响应面与强度折减有限元耦合的方法研究边坡可靠度是有效和准确的,将有着广阔的应用前景.     

最大离差值极小响应面及按Kreisselmerier-Steinhauser函数的拟合

现有的响应曲面是按最小二乘法实现的。提出一种响应面拟合方法:使响应面函数同样本值之间的最大距离极小。该方法运用Kreisselmerier-Steinhauser函数的特性,建立数学模型,采用求导、泰勒展开、数值迭代等方法确定响应面函数的系数。在数值迭代过程中以最小二乘法获得的结果作为迭代初值。通过一系列算例得出,Kreisselmerier-Steinhauser函数法获得的响应面函数能够达到最大距离最小的目的;该方法获得的响应面函数与最小二乘法拟合的响应面函数相比,在与样本值差的均方根相对增加不大的情况下,能显著减少最大距离;采用变熵参数方法能获得更好的解。本途径不仅丰富了响应面的构造方法,而且可满足实际工程问题中希望响应函数与样本值最大距离极小化的需求。     

改进的鲁棒迭代最小二乘平面拟合算法

针对迭代特征值最小二乘法不具备鲁棒性,提出一种改进的统计分析方法,用于含有大量异常点的点云的平面拟合.首先由移动最小二乘法拟合抽样点的近邻域平面,采用最小平方中位数法选择拟合模型,将该模型作为初始模型调用迭代特征值最小二乘法对点集拟合,通过逐渐剔除异常点,不断精炼模型,最终得到较精确的平面模型.此算法克服了一般向后剔除方法的缺点,具有了鲁棒性,且不失原方法的精确性,同时提高了迭代收敛速度.     

弹塑性大变形问题的改进的无单元Galerkin方法

基于改进的移动最小二乘法,建立了弹塑性大变形问题的改进的无单元Galerkin方法.改进的移动最小二乘法克服了移动最小二乘法有时形成病态或奇异方程组的缺点.基于改进的移动最小二乘法建立形函数,根据弹塑性大变形问题的Galerkin弱形式建立离散方程,利用罚函数法施加位移边界条件,推导了弹塑性大变形问题的改进的无单元Galerkin方法的公式,采用Newton-Raphson迭代法进行求解.通过数值算例,讨论了权函数、影响域比例参数、罚因子、节点数和迭代步数对计算精度的影响,结果显示,相对于四次和五次样条函数,选取三次样条函数作为权函数具有更高精度;当d_(max)=3.6,α=10~(10)×E时本文方法具有较高精度.考虑不同的节点分布和加载步数,分析了本文方法的收敛性.数值结果验证了本文方法的有效性,说明了该方法具有提高计算效率的优点.     

最大差值极小化的响应面函数拟合方法

 为了满足实际工程问题中响应函数与样本值最大距离极小化的需求,本文提出一种新的响应面函数的拟合方法。该方法将样本点的响应面函数拟合问题转换为求解一类线性规划问题。建立数学模型,采用数值方法拟合出一次和二次响应面函数的表达式。通过多个数值算例,与K-S函数法实现最大差值极小化拟合的响应面函数结果以及最小二乘法拟合响应面结果进行比较,本文方法均得到较小的最大离差值,结果表明该方法的可行性和有效性,丰富了响应面的构造方法。     

基于改进响应面法的立管疲劳可靠性计算

基于现代断裂力学方法建立立管疲劳失效的极限状态函数.应用经典响应面法求解可靠性指标时,发现迭代过程会出现混沌或数值振荡现象.为避免可靠性指标计算过程中不收敛问题,引入混沌控制方法改进算法.研究表明改进的响应面法具有较好的适用性和收敛性.基于改进的响应面法重新计算立管的疲劳可靠性指标,有效解决了迭代不收敛问题,且计算结果具有较高精度.在此基础上,分析了随机变量变异系数对立管疲劳可靠性的影响.计算结果显示立管疲劳可靠性随随机变量变异系数的增大而减小,并且随机变量B变异系数对立管疲劳可靠性的影响最大.     

空问映射与响应面法相结合的改进优化算法

在空间映射与响应面法相结合的基础上修改了序列响应面的程序流程,从而改变了应用响应面方法优化时的迭代本质.改进方法无须每次迭代重新拟合低保真模型响应面,只在第一次迭代拟合响应面,在此基础上调整高低保真模型设计变量间的映射关系,优化收敛更迅速.由于避免了反复的试验设计和模型分析,改进方法的计算效率远高于原方法.数值算例表明了该方法的稳定性,此方法可以大大减少应用序列响应面进行优化或可靠性评价的计算量.     

一种新的改进响应面法的结构可靠性计算方法

针对经典响应面方法计算结构的可靠度时计算量大、不够精确、易产生奇异解等问题,首先通过计算原来响应面函数的梯度函数得到方位向量,由方位向量得到旋转矩阵;然后,按照该旋转矩阵通过旋转坐标轴得到新的坐标系,在该新的坐标系用新的样本点构造逼近函数,所构造的逼近函数和原来极限状态函数在形式上接近;最后,通过反复迭代,得到极限状态函数的最大失效点,从而得到结构的失效概率.研究结果表明:本文方法改进了传统响应面法,提高计算精度,降低计算次数,是有效和可行的.     

一种改进的结构可靠度分析中响应面法

在实际工程结构的可靠度分析中,极限功能函数通常很难用明确的表达式表达,响应面法因其自身的优点得到了广泛的应用.为进一步提高求解效率,提出了一种改进措施,在迭代求解过程中,不同于通常的每次都在插值点处展开2n 1个样本点,而是用插值点逐步替代距离极限状态曲面最远的点,直至收敛到给定的精度要求.通过算例进行的对比分析证明,改进的响应面法在没有降低计算精度的前提下,使有限元分析次数显著减少.该方法尤其适用于大型复杂结构的可靠度分析.     

基于正交回归试验法的煤矿剪式抓斗优化设计

煤矿剪式抓斗的挖掘过程是一个复杂的非线性动力学问题,由于动态平衡方程的不确定性使得该类问题的优化设计不易实现.建立了抓斗挖掘过程的数学模型,获得了不同设计参数下的挖掘性能数据样本点,然后构造了三因素五水平正交试验;构建了物料挖掘过程目标函数的二次多项式响应面模型,并采用最小二乘法求解响应面模型中的待定系数向量.利用多目标优化的理想点法对抓斗的几何参数进行优化,获得了一种性能更优的产品.与蒙特卡罗法的计算结果对比表明,该方法具有良好的预测能力,并大大减少了仿真计算的规模.     

基于Kriging改进响应面的挂篮可靠度分析

将Kriging改进响应面法推广到挂篮使用可靠度分析中,研究了范和港大桥牵索挂篮的可靠度问题。通过拉丁超立方抽样选取少量均匀分布的样本点,快速拟合出接近极限状态方程的响应面,进而计算结构的可靠度。计算结果表明,Kriging改进响应面法是可行且有效的,范和港大桥挂篮在使用中具有较高可靠度。     

基于响应面的多工位锻造工艺优化

利用Taguchi方法对多工位锻造工艺参数进行显著性筛选,采用随机抽样的拉丁超立方(LHS)设计并进行数值模拟实验,运用最小二乘法(LS)和移动最小二乘法(MLS)建立抽样点的响应面模型,应用遗传算法进行迭代优化,并对2种建模方法加以对比.结果表明,MLS模型的误差比LS模型平均降低36.7%.多工位锻造零件经过近似模型方法优化,最大成形载荷从918 kN降至569 kN,成形质量显著提高.     

基于正交最小二乘法的径向基神经网络模型

为提高神经网络模型的预测精度以及提高模型的计算效率,减少获得高精度模型的计算量,构建了基于正交最小二乘法的高斯径向基神经网络模型结构,给出了最小二乘法高斯径向基神经网络的递归模型.依据样本点序列信息,给出了高斯径向基函数中心参数的确定方法,并采用正交最小二乘法回归迭代,从而获得隐层同输出层间的连接权参数值.采用混沌Lorenz时间序列预测问题对该设计的网络模型进行验证,并同其他文献对该序列预测的精度以及迭代所需的时间作对比.结果表明,采用该设计方法获得的网络模型具有时间预测精度高及计算效率高等优点.     

Kirchhoff板弯曲问题的改进的复变量无单元Galerkin方法

基于改进的复变量移动最小二乘法,建立了Kirchhoff板弯曲问题的改进的复变量无单元Galerkin方法.相对于移动最小二乘法,改进的复变量移动最小二乘法采用一维基函数建立二维问题的逼近函数,提高了形函数计算效率.由改进的复变量移动最小二乘法建立Kirchhoff板的挠度逼近函数,根据Kirchhoff板弯曲问题的Galerkin弱形式建立离散方程,并应用罚函数法施加本质边界条件,推导了Kirchhoff板弯曲问题的改进的复变量无单元Galerkin法的公式.通过对4个典型算例进行计算和分析,说明了本文建立的Kirchhoff板弯曲问题的改进的复变量无单元Galerkin方法的有效性,并通过分析数值解的精度对本文方法中如何选取合适的基函数、权函数、影响域比例参数、节点分布和罚因子进行了讨论.数值算例说明了本文方法具有较好的收敛性和较高的计算精度.     

基于支持向量机响应面的车身部件声特性优化

针对车身部件声学特性优化中计算设计灵敏度复杂和传统响应面法准确度较低的问题,提出用支持向量回归机方法构造响应面.支持向量机根据结构风险最小原理,具有小样本学习性能.本文用最小二乘支持向量机(LS-SVM)构造汽车地板部件的模态频率、域点声压的响应面,对其优化找到最优点.结果表明:与最小二乘法相比,支持向量机构造的响应面更接近仿真试验,优化结果与实际最优解更为接近.     

增强型径向基函数的分块响应面近似处理方法

采用多项式响应面法、分块响应面法和增强型径向基函数的分块响应面法对3个测试函数进行近似处理,比较它们的均方根误差和相对误差值.结果表明:在样本数量较少时,并未明显地体现出增强型径向基函数的分块响应面法的优势,但是其近似精度不低于前两种方法;当样本点数量比较大时,增强型径向基函数的分块响应面方法的近似精度明显高于分块响应面法和多项式响应面法.     

基于极变换与稀疏响应面的滚动轴承游隙可靠性分析

基于极变换提出一种选点方法,并结合稀疏响应面对滚动轴承游隙进行可靠性分析.构建响应面时,根据极变换后安全与失效类样本点在平面内的聚集性与可区分性,每一步迭代时增加临界样本点并对其进行拟合.为了避免过拟合,根据误差预测标准以及交叉验证方法对多项式响应面中最重要的项进行筛选.在建立滚动轴承游隙可靠性问题的极限状态函数时,考虑过盈装配、温度变化和离心力因素的影响,并基于有限元方法计算工作游隙.最后根据显式化的极限状态函数计算了轴承游隙可靠度.研究内容不仅为滚动轴承的设计提供了理论依据,而且为多维隐式可靠性问题的分析提供了一种参考途径.     

基于偏最小二乘法回归的工序质量建模

针对制造工序质量控制问题,应用多元统计分析中的偏最小二乘回归法建立了质量模型.利用该模型可以定量分析加工工序与最终成品率之间的关系,进而通过将大量的工序影响因子约简得到主要影响因子子集.根据在线生产的相关质量数据,采用非线性迭代偏最小二乘法获得影响因子的权重.得到偏最小二乘因子权重可以在线预测成品质量变化,避免离线测试.在半导体制造实例研究中,以工序质量水平为自变量,成品质量水平为因变量,建立了质量水平传递模型,应用该方法可实现多工序质量异常的在线诊断和预测,为质量控制提供了定量依据.     

测量数据的曲线曲面拟合算法

移动最小二乘法由于其良好的逼近性能而广泛用于曲线曲面拟合,但处理含有粗大误差的数据时,拟合结果极不稳定.为了减少粗大误差对拟合精度的影响,本文提出一种移动最小截平方法,该方法在支持域内引入最小截平方法代替最小二乘法,在所有节点当中选出剔除异常值的最优节点组合,确定局部拟合系数.该方法不需要人为地分配权重或设定阈值,可避...     

弹性动力学的边界无单元法

讨论了Hilbert空间上的改进的移动最小二乘法, 并将弹性动力学的边界积分方程方法与改进的移动最小二乘法结合, 提出了弹性动力学的边界无单元法. 改进的移动最小二乘法避免了求解病态方程组, 既提高了效率, 又提高了精度. 边界无单元法是边界积分方程的无网格方法的直接列式法, 容易引入边界条件, 且具有更高的精度. 最后给出了弹性动力学的边界无单元法的数值实现方法和具体的算例.